(57)【要約】【課題】小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を提供する。【解決手段】小容量リアクタ１１および小容量コンデンサ１２、さらに双方向スイッチを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ入力電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータ電圧指令補正手段１７によりモータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持する。【選択図】図１
2010124585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電力を所望の周波数、所望の電圧を持つ交流電力に変換しモータに供給する双方向スイッチを含むインバータ制御装置において、交流入力側に接続される所定の小容量のリアクタと、交流入力線間には、前記モータの回生エネルギーを吸収するための所定の小容量のコンデンサを設け、
前記モータの速度指令値に基づき、前記モータのモータ電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、
前記インバータの入力電圧値を検出する入力電圧検出手段と、
予め設定された前記インバータの入力電圧基準値を前記入力電圧検出手段から得られる前記インバータの入力電圧検出値で除算することにより入力電圧補正係数を導出し、前記入力電圧検出値がゼロの場合には前記入力電圧補正係数に予め設定された入力電圧補正係数の最大値を設定する入力電圧補正手段と、
前記モータのモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項２】
前記モータのモータ電圧指令補正値を作成する前記モータ電圧指令補正手段は、前記モータ電圧指令作成手段から得られる前記モータ電圧指令値と前記入力電圧補正手段の出力値である入力電圧補正係数とを掛け合わせることにより求めることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項３】
前記入力電圧補正手段は、前記入力電圧補正係数が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項４】
前記入力電圧補正手段は、前記入力電圧検出値が入力電圧基準値よりも大きい場合には入力電圧検出値に比例して前記入力電圧補正係数を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項５】
インバータ運転周波数が交流電源周波数の偶数倍となる共振周波数と、前記共振周波数を中心としてその前後に予め設定された周波数幅を持たせた周波数範囲内で前記インバータ運転周波数が定常的に固定されるのを回避することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項６】
小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように前記小容量リアクタおよび前記小容量コンデンサの組み合わせを決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項７】
前記インバータが停止した際に上昇する前記入力電圧検出値の最大値が、前記インバータの周辺回路に含まれる電気素子の耐圧よりも小さくなるように前記小容量コンデンサの容量が決定されることを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項８】
予め設定された交流電源力率値を満足するように前記インバータのキャリア周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項９】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するためのモータと、
交流電源からの交流電力を可変電圧、可変周波数の交流電力に変換して前記モータに供給する請求項１に記載のインバータ制御装置とを備えたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いたモータ駆動用インバータ制御装置に関し、更に、インバータ装置としてモータ駆動用インバータ制御装置を用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汎用インバータなどで用いられている一般的なインダクションモータ駆動用インバータ制御装置として、図１１に示すようなＶ／Ｆ制御方式のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置がよく知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１１において、主回路は直流電源装置１１３と、インバータ３とインダクションモータ４とから構成されており、直流電源装置１１３については、交流電源１と、整流回路２と、インバータ３の直流電圧源のために電気エネルギーを蓄積する平滑コンデンサ１１２と、交流電源１の力率改善用リアクタ１１１から構成されている。
【０００４】
一方、制御回路では、インダクションモータ４の速度指令ω*に基づいてインダクションモータ４に印加するモータ電圧値を決定するＶ／Ｆ制御パターン１３と、Ｖ／Ｆ制御パターン１３から決定されるモータ電圧値に基づいてインダクションモータ４のモータ電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段１４と、モータ電圧作成手段１４から作成されたモータ電圧指令値に基づいてインバータ３のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段１８から構成されている。
【０００５】
なお、一般的なＶ／Ｆ制御パターン１３の一例を図１２に示す。
【０００６】
図１２に示すように速度指令ω*に対してインダクションモータ４に印加するモータ電圧値が一義的に決定するような構成となっている。一般的には、速度指令ω*とモータ電圧値の値をテーブル値としてマイコン等の演算装置のメモリに記憶させ、テーブル値以外の速度指令ω*に対してはテーブル値から線形補間することでモータ電圧値を導出している。
【０００７】
ここで、交流電源１が２２０Ｖ（交流電源周波数５０Ｈｚ）、インバータ３の入力が１．５ｋＷ、平滑コンデンサ１１２が１５００μＦのとき、力率改善用リアクタ１１１が５ｍＨおよび２０ｍＨの場合における交流電源電流の高調波成分と交流電源周波数に対する次数との関係を図１３に示す。
【０００８】
図１３はＩＥＣ（国際電気標準会議）規格と併せて示したもので、力率改善用リアクタ１１１が５ｍＨの場合には特に第３高調波成分がＩＥＣ規格のそれを大きく上回っているが、２０ｍＨの場合には４０次までの高調波成分においてＩＥＣ規格をクリアしていることがわかる。
【０００９】
そのため特に高負荷時においてもＩＥＣ規格をクリアするためには力率改善用リアクタ１１１のインダクタンス値をさらに大きくするなどの対策を取る必要があり、インバータ装置の大型化や重量増加、さらにはコストＵＰを招くという不都合があった。
【００１０】
そこで、力率改善用リアクタ１１１のインダクタンス値の増加を抑え、電源高調波成分の低減と高力率化を達成する直流電源装置として、例えば図１４に示すような直流電源装置が提案されている。
【００１１】
図１４において、交流電源１の交流電源電圧を、ダイオードＤ１〜Ｄ４をブリッジ接続してなる全波整流回路の交流入力端子に印加し、その出力をリアクトルＬｉｎを介して中間コンデンサＣに充電し、この中間コンデンサＣの電荷を平滑コンデンサＣＤに放電して、負荷抵抗ＲＬに直流電圧を供給する。この場合、リアクトルＬｉｎの負荷側と中間コンデンサＣを接続する正負の直流電流経路にトランジスタＱ１を接続し、このトランジスタＱ１をベース駆動回路Ｇ１で駆動する構成となっている。
【００１２】
また、ベース駆動回路Ｇ１にパルス電圧を印加するパルス発生回路Ｉ１、Ｉ２と、ダミー抵抗Ｒｄｍとをさらに備えており、パルス発生回路Ｉ１、Ｉ２は、それぞれ交流電源電圧のゼロクロス点を検出する回路と、ゼロクロス点の検出から交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサＣの両端電圧と等しくなるまでダミー抵抗Ｒｄｍにパルス電流を流すパルス電流回路とで構成されている。
【００１３】
ここで、パルス発生回路Ｉ１は交流電源電圧の半サイクルの前半にてパルス電圧を発生させ、パルス発生Ｉ２は交流電源電圧の半サイクルの後半にてパルス電圧を発生させるようになっている。
【００１４】
なお、トランジスタＱ１をオン状態にしてリアクトルＬｉｎに強制的に電流を流す場合、中間コンデンサＣの電荷がトランジスタＱ１を通して放電することのないように逆流防止用ダイオードＤ５が接続され、さらに、中間コンデンサＣの電荷を平滑コンデンサＣＤに放電する経路に、逆流防止用ダイオードＤ６と、平滑効果を高めるリアクトルＬｄｃが直列に接続されている。
【００１５】
上記の構成によって、交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサＣの両端電圧を超えない位相区間の一部または全部においてトランジスタＱ１をオン状態にすることによって、装置の大型化を抑えたままで、高調波成分の低減と高力率化を達成することができる。
【特許文献１】特開平９−２６６６７４号公報
【非特許文献１】「インバータドライブハンドブック」の６６１〜７１１頁を参照、インバータドライブハンドブック編集委員会編、１９９５年初版、日刊工業新聞社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の構成では、容量の大きな平滑用コンデンサＣＤとリアクトルＬｉｎ（特許文献１では１５００μＦ、６．２ｍＨ時のシミュレーション結果について記載されている）とを依然として有したままであり、さらに中間コンデンサＣとトランジスタＱ１とベース駆動回路Ｇ１とパルス発生回路Ｉ１、Ｉ２とダミー抵抗Ｒｄｍと逆流防止用ダイオードＤ５、Ｄ６と平滑効果を高めるリアクトルＬｄｃとを具備することで、装置の大型化や部品点数の増加に伴なうコストＵＰを招くという課題を有していた。
【００１７】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために本発明は、交流電源からの交流電力を所望の周波数、所望の電圧を持つ交流電力に変換しモータに供給する双方向スイッチを含むインバータ制御装置において、交流入力側に接続される所定の小容量のリアクタと、交流入力線間には、前記モータの回生エネルギーを吸収するための所定の小容量のコンデンサを設け、前記モータの速度指令値に基づき、前記モータのモータ電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、前記インバータの入力電圧値を検出する入力電圧検出手段と、予め設定された前記
インバータの入力電圧基準値を前記入力電圧検出手段から得られる前記インバータの入力電圧検出値で除算することにより入力電圧補正係数を導出し、前記入力電圧検出値がゼロの場合には前記入力電圧補正係数に予め設定された入力電圧補正係数の最大値を設定する入力電圧補正手段と、前記モータのモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段とを備えたものである。
【００１９】
また、モータのモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段は、モータ電圧指令作成手段から得られる前記モータ電圧指令値と前記入力電圧補正手段の出力値である入力電圧補正係数とを掛け合わせることにより求めるものである。
【００２０】
上記の構成によって、小容量コンデンサと小容量リアクタが使用でき、さらに、双方向スイッチを用いることで整流回路が不要となるため、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ入力電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能となる。
【００２１】
上記の構成によって、インバータ入力電圧が大幅に変動しゼロとなるような場合にもモータの駆動を維持することが可能となる。
【００２２】
また、入力電圧補正手段は、入力電圧補正係数が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有するものである。
【００２３】
上記の構成によって、インバータ入力電圧が大幅に変動するような場合でもモータの駆動を維持することが可能であり、さらに予め設定された上限値もしくは下限値を有することで交流電源電流の変動を抑制し、交流電源力率の改善と交流電源電流の高調波成分を抑制することが可能となる。
【００２４】
また、入力電圧補正手段は、入力電圧検出値が入力電圧基準値よりも大きい場合には入力電圧検出値に比例して入力電圧補正係数を大きくするものである。
【００２５】
上記の構成によって、インバータ入力電圧が大幅に変動するような場合でもモータの駆動を維持することが可能であり、さらにインバータ入力電圧が入力電圧基準値よりも大きい場合に入力電圧補正係数を大きくすることでモータの出力トルクの向上を図ることが可能となる。
【００２６】
また、インバータ運転周波数が交流電源周波数の偶数倍となる共振周波数と、共振周波数を中心としてその前後に予め設定された周波数幅を持たせた周波数範囲内でインバータ運転周波数が定常的に固定されるのを回避するものである。
【００２７】
上記の構成によって、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することが可能となる。
【００２８】
また、小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように小容量リアクタおよび小容量コンデンサの組み合わせを決定するものである。
【００２９】
上記の構成によって、交流電源電流の高調波成分を抑制し、ＩＥＣ規格をクリアすることが可能である。
【００３０】
また、インバータが停止した際に上昇する前記入力電圧検出値の最大値が、インバータ
の周辺回路に含まれる電気素子の耐圧よりも小さくなるように前記小容量コンデンサの容量が決定するものである。
【００３１】
上記の構成によって、インバータの各駆動素子や周辺回路の破壊を防止することが可能となる。
【００３２】
また、予め設定された交流電源力率値を満足するようにインバータのキャリア周波数を決定するものである。
【００３３】
上記の構成によって、予め設定された交流電源力率値を満足することが可能となり、必要最小限のキャリア周波数を設定することにより、インバータ損失を必要最小限に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
上記から明らかなように、本発明は、交流電源からの交流電力を所望の周波数、所望の電圧を持つ交流電力に変換しモータに供給する双方向スイッチを含むインバータ制御装置において、交流入力側に接続される所定の小容量のリアクタと、交流入力線間には、前記モータの回生エネルギーを吸収するための所定の小容量のコンデンサを設け、前記モータの速度指令値に基づき、前記モータのモータ電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、前記インバータの入力電圧値を検出する入力電圧検出手段と、予め設定された前記インバータの入力電圧基準値を前記入力電圧検出手段から得られる前記インバータの入力電圧検出値で除算することにより入力電圧補正係数を導出し、前記入力電圧検出値がゼロの場合には前記入力電圧補正係数に予め設定された入力電圧補正係数の最大値を設定する入力電圧補正手段と、前記モータのモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段とを備えたものである。そして、前記モータのモータ電圧指令補正値を作成する前記モータ電圧指令補正手段は、モータ電圧指令作成手段から得られる前記モータ電圧指令値と前記入力電圧補正手段の出力値である入力電圧補正係数とを掛け合わせることにより求めたものであり、この構成によれば、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いること、また、双方向スイッチを用いることで整流回路が不要となり、これらによって、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ入力電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能であるという効果を奏する。
【００３５】
また、本発明は、入力電圧補正手段は、入力電圧基準値を入力電圧検出値で除算することにより入力電圧補正係数を導出し、入力電圧検出がゼロの場合には入力電圧補正係数に予め設定された入力電圧補正係数の最大値を設定するもので、この構成によれば、インバータ入力電圧が大幅に変動しゼロとなるような場合にもモータの駆動を維持することが可能であるという効果を奏する。
【００３６】
また、本発明は、入力電圧補正手段は、入力電圧補正係数が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有するもので、この構成によれば、インバータ入力電圧が大幅に変動するような場合でもモータの駆動を維持することが可能であり、さらに予め設定された上限値もしくは下限値を有することで交流電源電流の変動を抑制し、交流電源力率の改善と交流電源電流の高調波成分を抑制することが可能であるという効果を奏する。
【００３７】
また、本発明は、入力電圧補正手段は、入力電圧検出値が入力電圧基準値よりも大きい場合には入力電圧検出値に比例して入力電圧補正係数を大きくするもので、この構成によれば、インバータ入力電圧が大幅に変動するような場合でもモータの駆動を維持することが可能であり、さらにインバータ入力電圧が入力電圧基準値よりも大きい場合に入力電圧
補正係数を大きくすることでモータの出力トルクの向上を図ることが可能であるという効果を奏する。
【００３８】
また、本発明は、インバータ運転周波数が交流電源周波数の偶数倍となる共振周波数と、共振周波数を中心としてその前後に予め設定された周波数幅を持たせた周波数範囲内でインバータ運転周波数が定常的に固定されるのを回避するもので、この構成によれば、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することが可能であるという効果を奏する。
【００３９】
また、本発明は、小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように小容量リアクタおよび小容量コンデンサの組み合わせを決定するもので、この構成によれば、交流電源電流の高調波成分を抑制し、ＩＥＣ規格をクリアすることが可能であるという効果を奏する。
【００４０】
また、本発明は、インバータが停止した際に上昇する前記入力電圧検出値の最大値が、インバータの周辺回路に含まれる電気素子の耐圧よりも小さくなるように前記小容量コンデンサの容量が決定するもので、この構成によれば、インバータの各駆動素子や周辺回路の破壊を防止することが可能であるという効果を奏する。
【００４１】
また、本発明は、予め設定された交流電源力率値を満足するようにインバータのキャリア周波数を決定するもので、この構成によれば、予め設定された交流電源力率値を満足することが可能となり、必要最小限のキャリア周波数を設定することにより、インバータ損失を必要最小限に抑制することが可能であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態ではインダクションモータ駆動用インバータ制御装置について説明しているが、本発明はインダクションモータ駆動用インバータ制御装置に限ることなく、全てのモータ駆動用インバータ制御装置に適用できるものである。
【００４３】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態を示すインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図を図１に示す。図１において、インバータ制御装置の主回路は交流電源１と、２ｍＨ以下の小容量リアクタ１１と、１００μＦ以下の小容量コンデンサ１２と、交流電力を可変電圧、可変周波数の交流電力に変換する双方向スイッチを含んだインバータ３と、インバータ３により変換された交流電力により駆動するインダクションモータ４から構成されている。
【００４４】
一方、制御回路では、インダクションモータ４の速度指令ω*に基づいてインダクションモータ４に印加するモータ電圧値を決定するＶ／Ｆ制御パターン１３と、Ｖ／Ｆ制御パターン１３から決定されるモータ電圧値に基づいてインダクションモータ４のモータ電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段１４と、インバータ３の入力電圧値を検出する入力電圧検出手段１５と、予め設定されたインバータ３の入力電圧基準値と入力電圧検出手段１５から得られるインバータ３の入力電圧検出値との比率を導出する入力電圧補正手段１６と、モータ電圧指令作成手段１４から得られるモータ電圧指令値と入力電圧補正手段１６の出力値である入力電圧補正係数とを掛け合わせることによりモータ電圧指令値の電圧補正を行ないインダクションモータ４のモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段１７と、モータ電圧指令補正手段１７から作成されたモータ電圧指令補正値に基づいてインバータ３のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段１８から構成されている。
【００４５】
なお、Ｖ／Ｆ制御パターン１３については、上述の従来の技術にて説明しているのでここでは説明を省略する（図１１のＶ／Ｆ制御方式のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置）。
【００４６】
以下では、具体的な方法について説明する。
【００４７】
モータ電圧指令作成手段１４では数（１）で表される演算によりモータ電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*を作成する。
【００４８】
【数１】
2010124585.tif 000003
【００４９】
ここで、ＶmはＶ／Ｆ制御パターン１３から決定されるモータ電圧値であり、θ1は数（２）で表されるように速度指令ω*を時間積分することで導出する。
【００５０】
【数２】
2010124585.tif 000004
【００５１】
また、図２は本発明に係る入力電圧補正手段１６の第１の実施例を示した図で、入力電圧補正手段１６では予め設定されたインバータ３の入力電圧基準値Ｖpn0と入力電圧検出手段１５から得られるインバータ３の入力電圧検出値ｖpnを用いて数（３）のように入力電圧補正係数ｋpnを導出する。
【００５２】
【数３】
2010124585.tif 000005
【００５３】
ここで、本発明では小容量コンデンサを用いているため、入力電圧検出値ｖpnがゼロとなる場合が生じるので、ゼロ割防止のための微小項δ0を設定しておく必要がある。
【００５４】
なお、数（３）の微小項δ0の代わりに、入力電圧検出値ｖpnがゼロの場合において入力電圧補正係数ｋpnに予め設定された入力電圧補正係数の最大値を設定することでゼロ割防止を図ることができる。
【００５５】
即ち、数（４）のように入力電圧補正係数ｋpnを導出しても良い。
【００５６】
【数４】
2010124585.tif 000006
【００５７】
ここで、ｋpn＿maxは予め設定された入力電圧補正係数の最大値である。
【００５８】
また、モータ電圧指令補正手段１７ではモータ電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*と入力電圧補正係数ｋpnを用いて数（５）のようにモータ電圧指令補正値ｖuh*、ｖvh*、ｖwh*を導出する。
【００５９】
【数５】
2010124585.tif 000007
【００６０】
以上により、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ入力電圧が大幅に変動してインダクションモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、インダクションモータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、インダクションモータの駆動を維持することが可能となる。
【００６１】
なお、本発明は上述の実施例のようにＶ／Ｆ制御によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置に限定されるものではなく、周知のベクトル制御によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置においても本発明は適用可能である。
【００６２】
なお、空気調和機における圧縮機駆動モータなどのようにパルスジェネレータ等の速度センサを使用することができない場合や、サーボドライブなどのように速度センサを具備することができる場合のどちらにおいても本発明は適用可能である。
【００６３】
（実施の形態２）
本発明に係る入力電圧補正手段の第２の実施例を図３に示す。図３において、入力電圧補正係数ｋpnは予め設定された上限値ｋpn1および下限値ｋpn2を有するもので、数（６）のように表される。
【００６４】
【数６】
2010124585.tif 000008
【００６５】
ここで、Ｖpn1、Ｖpn2はそれぞれ入力電圧補正係数の上限値ｋpn1と下限値ｋpn2のときの入力電圧値検出値である。
【００６６】
なお、入力電圧補正係数ｋpnは、必ずしも図３のように上限値ｋpn1および下限値ｋpn2の両方を有する必要はなく、運転状況に応じてどちらか一方のみ有する場合でも良い。
【００６７】
また、従来のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置（特許文献１の直流電源装置を用いたインダクションモータ駆動用インバータ制御装置も含む）では、１０００μＦを越えるような容量の大きな電解コンデンサに蓄えられる電気エネルギーにより、運転範囲内の負荷条件ならばインダクションモータの駆動を維持することが可能であるが、本発明では小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いており、小容量コンデンサに蓄えられる電気エネルギーが小さいため、電気エネルギーが不足するような場合でもインダクションモータの駆動を維持するためには小容量リアクタの磁気エネルギーを併用するしかないため、インダクションモータの駆動特性と交流電源の電気特性とはトレードオフの関係にある。
【００６８】
そのため、インダクションモータの限界負荷耐量に余裕がある場合には、過分な電圧補正を抑えることで交流電源の電気特性を改善することが可能となる。
【００６９】
ここで、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を動作させた場合の結果を図５および図６に示す。図５は入力電圧補正係数ｋpnに上限値および下限値のどちらも設定されていない場合の動作結果で、図６は入力電圧補正係数ｋpnに上限値ｋpn1および下限値ｋpn2の両方とも設定されている場合の動作結果であり、図５と図６のリアクタ電流波形を比較すればその効果は明白である。
【００７０】
なお、このときの諸元としては、小容量リアクタのインダクタンス値は２ｍＨ、小容量コンデンサの容量は２５μＦ、交流電源は２２０Ｖ（５０Ｈｚ）、インバータ運転周波数は５７Ｈｚ（ここではモータの極数は２極のため、インバータ運転周波数とモータ速度指令値は等しい）、インバータキャリア周波数は５ｋＨｚである。
【００７１】
以上により、入力電圧補正係数ｋpnは少なくとも予め設定された上限値ｋpn1もしくは下限値ｋpn2を有することで、交流電源電流の変動を抑制し、交流電源力率の改善と交流電源電流の高調波成分を抑制することが可能である。
【００７２】
（実施の形態３）
本発明に係る入力電圧補正手段の第３の実施例を図４に示す。図４において、入力電圧検出値ｖpnが入力電圧基準値Ｖpn0よりも大きい場合には入力電圧検出値ｖpnに比例して入力電圧補正係数ｋpnを大きくするもので、数（７）のように表される。
【００７３】
【数７】
2010124585.tif 000009
【００７４】
ここで、δ0はゼロ割防止のための微小項であり、入力電圧検出値ｖpnがＶpn0〜Ｖpn3の領域では入力電圧補正係数ｋpnが急激に変化しないように入力電圧補正係数ｋpnの導出演算の切替猶予期間を設定し、入力電圧検出値ｖpnがＶpn4を越える領域では入力電圧補正係数ｋpnの増加時の上限値ｋpn4を設定している。
【００７５】
なお、切替猶予期間や上限値ｋpn4は必ずしも設定する必要はなく、運転状況に応じては設定しなくとも良い。
【００７６】
また、インダクションモータの出力トルクはモータ印加電圧の２乗に比例することが一般的に知られており（例えば、「インバータドライブハンドブック」の３３頁を参照、インバータドライブハンドブック編集委員会編、１９９５年初版、日刊工業新聞社発行）、インダクションモータの限界負荷耐量が不足する場合には、入力電圧検出値ｋpnが入力電圧基準値Ｖpn0よりも大きい区間で更なる電圧補正を行なうことでモータ印加電圧を大きくし、インダクションモータの駆動を維持することが可能となる。
【００７７】
以上により、入力電圧検出値ｖpnが入力電圧基準値Ｖpn0より大きい場合に入力電圧補正係数ｋpnを大きくすることでインダクションモータの出力トルクの向上を図ることが可能である。
【００７８】
（実施の形態４）
本発明に係るインバータ運転周波数の設定に関する具体的な方法について以下に説明する。
【００７９】
本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置では小容量コンデンサを用いているため、上述の図５もしくは図６のようにインバータ入力電圧は交流電源周波数ｆSの２倍の周波数で大きく脈動する。
【００８０】
そのため、インバータ運転周波数ｆ1が交流電源周波数ｆSの偶数倍となる周波数では、インバータ入力電圧が脈動する周波数（交流電源周波数ｆSの２倍の周波数）と同期し共振現象が生じてしまう。
【００８１】
ここで、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を動作させた場合の結果を図７に示す。図７はインバータ運転周波数ｆ1が交流電源周波数ｆSの２倍となる場合の動作結果で、インバータ入力電圧が脈動する周波数と同期して共振現象が生じ、図７
においてはモータ電流に負の直流成分が重畳されていることがわかる。
【００８２】
そのため、インダクションモータにはブレーキトルクが発生し、出力トルクの減少やモータ損失が増加するといった悪影響が生じてしまう。
【００８３】
なお、このときの諸元としては、小容量リアクタのインダクタンス値は０．５ｍＨ、小容量コンデンサの容量は１０μＦ、交流電源は２２０Ｖ（５０Ｈｚ）、インバータ運転周波数は１００Ｈｚ（ここではモータの極数は２極のため、インバータ運転周波数とモータ速度指令値は等しい）、インバータキャリア周波数は５ｋＨｚである。
【００８４】
そこで、インバータ運転周波数ｆ1の設定において、インバータ運転周波数ｆ1が数（８）となるような場合で定常的に固定されるのを回避する必要がある。
【００８５】
【数８】
2010124585.tif 000010
【００８６】
ここで、ｎは整数、△ｆは予め設定された周波数幅であり、周波数幅△ｆに関しては基本的には上述の共振現象の影響が少なくなるように設定しておく。
【００８７】
また、インバータ運転周波数ｆ1が数（８）で求められる共振周波数を越える場合には、加速あるいは減速といった過渡状態で一気にインバータ運転周波数ｆ1を変更させ、共振周波数で固定することを回避する。
【００８８】
なお、周波数幅△ｆは必ずしも設定する必要はなく、運転状況（軽負荷時など）によっては設定しなくとも良い（この場合は△ｆ＝０とすれば良い）。
【００８９】
以上により、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでインダクションモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することが可能となる。
【００９０】
（実施の形態５）
本発明に係る小容量コンデンサおよび小容量リアクタの仕様決定に関する具体的な方法について以下に説明する。
【００９１】
本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置では、交流電源電流の高調波成分を抑制してＩＥＣ規格をクリアするために、小容量コンデンサと小容量リアクタとの共振周波数ｆLC（ＬＣ共振周波数）を交流電源周波数ｆSの４０倍よりも大きくなるように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定する。
【００９２】
ここで、小容量コンデンサの容量をＣ［Ｆ］、小容量リアクタのインダクタンス値をＬ［Ｈ］とすると、ＬＣ共振周波数ｆLCは数（９）のように表される。
【００９３】
【数９】
2010124585.tif 000011
【００９４】
即ち、ｆLC＞４０ｆSを満たすように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定するものである（ＩＥＣ規格では交流電源電流の高調波成分において第４０次高調波まで規定されているため）。
【００９５】
以上により、小容量コンデンサおよび小容量リアクタの組み合わせを決定することで、交流電源電流の高調波成分を抑制して、ＩＥＣ規格をクリアすることが可能となる。
【００９６】
次に、小容量コンデンサの容量の決定について以下に説明する。
【００９７】
インバータが停止した際には、小容量コンデンサがインダクションモータの回生エネルギー（停止直前までインダクションモータのインダクタンス成分に蓄えられていた磁気エネルギー）を吸収してインバータの入力電圧値が上昇するため、そのときの入力電圧の最大値が素子の耐圧よりも小さくなるように小容量コンデンサの容量を決定する。
【００９８】
上記の構成によって、インバータ入力電圧の最大値を各駆動素子の耐圧よりも小さくなるように小容量コンデンサの容量を決定することで周辺回路の破壊を防止することが可能となる。
【００９９】
なお、小容量リアクタのインダクタンス値は上述の方法で自動的に決定することができる。
【０１００】
本発明に係るインバータキャリア周波数の設定に関する具体的な方法について以下に説明する。
【０１０１】
本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置では、実施の形態２で説明したが、小容量コンデンサに蓄えられる電気エネルギーが小さいため、電気エネルギーが不足するような場合でもインダクションモータの駆動を維持するためには小容量リアクタの磁気エネルギーを併用するしかないため、リアクタ電流波形はインバータのキャリア周波数の影響を大きく受けてしまう。
【０１０２】
そのため、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置では、予め設定された交流電源力率値を満足するようにインバータのキャリア周波数を設定する。
【０１０３】
ここで、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を動作させた場合の結果を図８〜図１０に示す。それぞれ図８はキャリア周波数が３．３ｋＨｚ時、図９は５ｋＨｚ時、図１０は７．５ｋＨｚ時の動作結果であり、リアクタ電流波形を比較すれば、リアクタ電流（もしくは交流電源電流）はキャリア周波数による依存性が大きいことがわかる。
【０１０４】
また、それぞれの交流電源力率値をディジタルパワーメータにて測定したところ、図８のキャリア周波数が３．３ｋＨｚ時には０．８７８、図９の５ｋＨｚ時には０．９５６、図１０の７．５ｋＨｚには０．９６２となった。
【０１０５】
なお、このときの諸元としては、小容量リアクタのインダクタンス値は０．５ｍＨ、小容量コンデンサの容量は１０μＦ、交流電源は２２０Ｖ（５０Ｈｚ）、インバータ運転周波数は５７Ｈｚ（ここではモータの極数は２極のため、インバータ運転周波数とモータ速度指令値は等しい）、交流電源における入力電力は９００Ｗである。
【０１０６】
ここで、例えば予め設定した交流電源力率値が０．９である場合には、キャリア周波数を３．３ｋＨｚ〜５ｋＨｚの間に設定すれば良いことになり、最終的には予め設定した交
流電源力率値（この場合は０．９）を満足しつつ、最もキャリア周波数が低くなるように決定する。
【０１０７】
以上により、予め設定された交流電源力率値を満足することが可能となり、必要最小限のキャリア周波数を設定することにより、インバータ損失を必要最小限に抑制することが可能となる。
【０１０８】
なお、前述の実施の形態ではインダクションモータについて説明を行なったが、本発明はその他のモータについても適用可能なものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、小型・軽量・低コストのモータ駆動用インバータ制御装置を提供し、空気調和機等に使用されるモータの制御装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図
【図２】本発明に係る入力電圧補正手段の第１の実施形態を示す図
【図３】本発明に係る入力電圧補正手段の第２の実施形態を示す図
【図４】本発明に係る入力電圧補正手段の第３の実施形態を示す図
【図５】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第１の動作結果を示す図
【図６】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第２の動作結果を示す図
【図７】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第３の動作結果を示す図
【図８】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第４の動作結果を示す図
【図９】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第５の動作結果を示す図
【図１０】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第６の動作結果を示す図
【図１１】従来のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図
【図１２】従来のＶ／Ｆ制御パターンの一例を示す図
【図１３】図１１のインダクションモータ駆動用インバータ装置における交流電源電流の高調波成分と交流電源周波数に対する次数との関係を示した線図
【図１４】従来の直流電源装置図
【符号の説明】
【０１１１】
１  交流電源
３  インバータ
４  インダクションモータ
１１  小容量リアクタ
１２  小容量コンデンサ
１３  Ｖ／Ｆ制御パターン
１４  モータ電圧指令作成手段
１５  入力電圧検出手段
１６  入力電圧補正手段
１７  モータ電圧指令補正手段
１８  ＰＷＭ制御手段
【図１】
2010124585.tif 000012
【図２】
2010124585.tif 000013
【図３】
2010124585.tif 000014
【図４】
2010124585.tif 000015
【図５】
2010124585.tif 000016
【図６】
2010124585.tif 000017
【図７】
2010124585.tif 000018
【図８】
2010124585.tif 000019
【図９】
2010124585.tif 000020
【図１０】
2010124585.tif 000021
【図１１】
2010124585.tif 000022
【図１２】
2010124585.tif 000023
【図１３】
2010124585.tif 000024
【図１４】
2010124585.tif 000025